抢答器Word文件下载.docx
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2 设计课题硬件系统的设计2
2.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍2
2.2 设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图3
2.3 设计课题元器件清单3
3 设计课题软件系统的设计4
3.1设计课题使用单片机资源的情况4
3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍4
3.3设计课题软件系统程序流程框图4
3.4设计课题软件系统程序清单13
4 设计结论、运行结果、误差分析及体会14
4.1 设计课题的设计结论及使用说明14
4.2设计课题的仿真结果14
4.3设计体会15
4.4教学建议16
结束语17
致谢18
参考文献19
附录20
附录A 电路原理图20
附录B电路PCB图21
附录C 元器件布局图22
附录DAutoCAD原理图23
附录E 元器件清单24
附录F 程序清单25
1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍
1.1 设计课题任务
课题：
任务：
设计一个具有特定功能的抢答器。
该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”。
主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；
10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；
主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮；
正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响；
正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，违规指示灯亮，显示器显示违规台号，蜂鸣器发出音响；
各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。
1.2 功能要求说明
在本次工程实践中，主要完成如下方面的设计任务：
（1）抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”
（2）主持人按键后，抢答开始并显示倒计时30秒
（3）倒计时10秒内无人抢答，蜂鸣器报警
（4）正确抢答时，能显示台号，蜂鸣器发出声响,指示灯亮
（5）超时和违规处理时，显示违规台号，违规灯亮，蜂鸣器报警
（6）主持人按复位键，消除各台数字显示，蜂鸣器音响及违规灯的关断
1.3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明
抢答器的总体功能原理是以AT89S52单片机为主要控制核心，通过外接8个独立式键盘作为控制信号输入源，通过选手按键，单片机执行，并通过数码管进行显示和LED灯进行违规指示。
系统控制原理图如图1所示。
图1 抢答器系统控制原理图
2设计课题硬件系统的设计
2.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍
2.1.1AT89S52控制模块
考虑到设计功能需要，控制器的功能用于外部键盘信号的接收和识别、数码管模块的显示控制、复位电路等，我们选择了AT89S52系列单片机，具有反应速度极快，工作效率特高的特点。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
2.1.2电源电路模块
电源是每个电子产品运作的首要条件，为单片机提供电源，为单片机各部分提供正常的电压。
主要供电电路由一个开关、一个１Ｋ电阻、一个发光二极管、一个插针和电源接口组成。
2.1.3振荡电路模块
外部振荡器与单片机内部的时钟振荡电路产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，采用12MHZ的晶振和两个1nF的电容组成振荡电路，接到单片机引脚XTAL1和XTAL2上。
2.1.4复位电路模块
复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。
复位电路主要由一个按键、一个200欧姆和一个10K的电阻以及一个22UF的有极性电容组成，再通过一个短路冒接到单片机的RET引脚上。
2.1.5下载电路模块
下载电路是所有程序导入单片机的主要工具。
下载电路由一个下载口组成。
2.1.6键盘电路模块
键盘电路的单片机重要的输入设备之一，在抢答器的设计当中，各位选手通过按键来控制单片机，从而使单片机去驱动数码管进行显示。
键盘电路有八个独立式键盘组成，用于选手抢答和主持按键开始和复位使用。
2.1.7 蜂鸣电路模块
蜂鸣电路是用来报警使用的。
最主要由一个蜂鸣器、一个１K电阻、一个NPN三极管和一个短路冒组成。
2.1.8 LED灯电路模块
LED灯电路是用来显示选手违规指示，答完指示，各位选手指示用的，它主要由八个LED灯组成，外接上拉电阻排再与单片机的P1口相连。
2.1.9 数码管显示电路模块
数码管显示电路是用来显示按键选手的台号以及倒计时，电路主要包括两块四位共阳数码管、一个驱动芯片74HC573和八个470欧姆的电阻组成。
2.2 设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图
2.2.1 电路原理图
电路原理图（见附录A）
2.2.2 电路PCB图
电路PCB图（见附录B）
2.2.3 元器件布局图
元器件布局图（见附录C）
2.2.4 ＡutoCAD原理图
ＡutoCAD原理图（见附录D）
2.3 设计课题元器件清单
见附录E
3 设计课题软件系统的设计
3.1设计课题使用单片机资源的情况
AT89S52的片外资源：
P0、P1、P3：
基本输入输出口；
P3：
驱动芯片74HC573接入；
XTAL1、XTAL2：
晶振输入；
RET：
复位电路、下载口电路接入；
AT89S52的片内资源：
20H单元：
存放独立式键盘的键值；
通用寄存器区：
R0，R1，R2，R4，R5，R6，R7；
专用寄存器区：
A,B,P0，P1，P2，P3，PSW,TCON,TMOD,TH0，TL0，TH1，TL1,IE。
3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍
3.2.1 数码管显示模块
数码管显示模块是用来显示倒计时和抢答选手台号的。
选手违规抢答时，显示违规台号。
选手正常抢答时，显示倒计时和台号。
3.2.2 独立式键盘模块
独立式键盘软件设计主要通过在主程序中调用键扫子程序key来执行相应的功能，单片机P1口在复位之后保持高电平，当键按下相应口线为低电平，经过相应判别过程判断键松开后，执行相关键功能程序，完成相应操作。
3.2.3 定时模块
定时器0，以方式一工作，查询方式，定时1毫秒，延时作用；
定时器1，以方式一工作，定时1秒，查询方式，延时作用。
3.3设计课题软件系统程序流程框图
3.3.1 主程序
主程序是整个抢答器软件设计的主题，通过调用各个子程序来实现整个抢答器的完整功能，主程序的程序流程图如图2所示。
图2 主程序流程图
3.3.2 显示P.及违规监控程序流程图
单片机上电显示P.以及判断选手是否违规操作处理，其程序流程图如图3所示。
图3 显示P.及违规监控程序流程图
3.3.3 违规处理程序流程图
选手违规时，蜂鸣器发出响声，违规指示灯亮，并显示台号，之后判断是否有复位键按下，否则一直持续违规状态。
其程序流程图如图4所示。
图4 违规处理程序流程图
3.3.4 正确抢答监控程序流程图
主持人按下开始键之后，显示倒计时30秒，并判断是否有选手抢答，如果10秒内无人抢答，蜂鸣器发出声响。
在倒计时30秒内有人抢答，则跳到相应的抢答处理。
其程序流程图如图5所示。
图5 正确抢答监控程序流程图
3.3.5 选手正确抢答处理程序流程图
在倒计时30秒内选手抢答，则蜂鸣器发出声响，选手对应指示灯亮，并显示台号，并倒计时30秒，在30秒内，选手答完，按下答完键，则答完指示灯亮，蜂鸣器发声，显示台号。
其程序流程图如图6所示。
图6 选手正确抢答处理程序流程图
3.3.6 数码管动态显示程序流程图
数码管动态显示程序主要是用来显示倒计时30秒，主持人按开始键和选手正常抢答，都需要调数码管动态显示来完成倒计时功能。
其程序流程图如图7所示。
图7 数码管动态显示程序流程图
3.3.7 定时器程序流程图
定时器0和定时器1都是用来延时作用的，定时器0用来延时1毫秒，定时器1用来延时1秒。
其主要的流程图如图8所示，其中定时器1还需要循环20次，才能达到延时1秒的作用。
图8 定时器程序流程图
3.3.8 键扫描子程序流程图
键扫描子程序主要是用来判断是哪个键按下，并保存其键值。
程序流程图如图9所示。
图9 键扫描子程序流程图
3.3.9 P0口数据处理子程序
数据处理子程序，是对P0口的数据进行处理，取反后作为各个按键的键值，并保存在20H单元，供键扫描子程序调用，完成键扫描子程序功能。
其程序流程图如图10所示。
图10 P1口数据处理子程序
3.4设计课题软件系统程序清单
见附录F
4 设计结论、运行结果、误差分析及体会
4.1设计课题的设计结论及使用说明
程序编写完成后，用keil调试后显示程序0错误0警告，表明程序无语法类错误。
下载程序到单片机后，通过按不同的键，数码管正确显示其对应的台号，并且在倒计时30秒前后按下键，都会相应的有蜂鸣器报警和违规指示灯的点亮，达到了此次课程设计的总要求。
4.2设计课题的仿真结果
课程设计的仿真主要是通过keil进行编译和调试，生成hex文件，再通过proteus进行仿真。
单片机上电后，系统显示P.，如图11所示；
选手违规抢答时，显示违规台号，如图12所示；
主持人按开始键之后，倒计时30秒，如图13所示；
选手正常抢答时，显示台号和倒计时，如图14所示。
图11 上电显示P.
图12 选手违规抢答显示选手台号
图13 主持人按开始键后，倒计时30秒
图14 选手正常抢答，显示台号和倒计时
4.3设计体会
两周的单片机课程设计总算圆满成功了。
在整个的课程设计当中，自己确实是收获挺多的，不管是对单片机这本教科书的整体复习，还是对整个程序的编写过程，自己确实是收获了很多。
其实整个抢答器的设计主要的难点在于思路的清晰，因为此程序存在多次的跳转和对不同情况的处理。
本次课程设计的主要精髓在于正常抢答监控程序中返回主函数时几个辅助跳转的设置，没有这几个跳转，程序无法跳转到对应选手的正常抢答程序中去；
其次是正常抢答监控程序中循环次数的设置，没有循环次数，会数码管倒计时的显示；
再次是用循环来实现定时器的定时范围的扩展，从而当延时用。
通过这次课程设计，感悟最深的依然是王老师常说的一句话“学以致用”，在整个实践当中，有很多与理论不相符的地方，我们应该学会用理论联系实际的思想来分析和看待问题。
4.4教学建议
王老师第一节课的时候就很谦虚的说，他不是名师，但想要出高徒，所以就要严格的要求我们。
结果一学期下来，我们确实也学到了除了单片机以外的很多东西，比如说，visio作图，AutoCAD，proteus,虽然第一次用这些软件的时候有那么点困难，但是不得不承认，只有通过王老师，我们才接触到这些对我们特别有用的东西，我很感激，也很幸运，能有机会上王老师的课。
其次让我印象特别深刻的是，王老师在讲中断系统的时候，特别形象生动的举了很多现实中的例子，让我们很深刻的理解中断系统。
特别的喜欢老师在课堂上讲故事，不管是他的故事，还是别人的故事，我觉得都饱含深意，而这些都是我们这个阶段应该去感悟的东西。
总的来说，王老师将理论教学与生活实际相结合的教学方式，不仅让我们收获了知识，也收获了人生的一些道理。
在此，我也对王老师教学提出点建议，就是希望王老师能给我们多提一些设计的思想。
结束语
课程设计，我学到了很多，当然也不可避免的遇到一些问题，但我很高兴能够在老师和同学的帮助下，经过自己的努力解决了问题。
抢答器的设计，毫无疑问，需要严密的逻辑，这就要求我们在设计之前思考好到底通过什么实现判断选手的违规与否，或谁在不违规情况下最先答题。
回顾起此次设计，我感概颇多，在这些日子里，可以说遇到过很多问题，但
是在不断的查找资料，学习研究，请教同学下一个个问题都得到了解决从而也学到很多的的东西，。
通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
致谢
对于这次课程设计的顺利完成，我首先要感谢王韧老师，是他细心的给我讲解了许多关于AT89S52、独立式键盘、数码管显示相关的知识，并在设计过程中所遇到的难题都给了非常重要的意见，导师渊博的知识、严谨的治学态度、崇高的敬业精神与为人师表的风范，使我受益匪浅。
在此，谨向王教授表示我最衷心的感谢。
同时，在我的实际作品的制作过程之中,得到的学校许多的同学的热情的指导和详细的说明。
此外，在实际程序的编写的过程遇到许多的不解困难的时候，周围的同学也给我提供的最详细的解答，没有以上的每一个人的帮助，我的单片机课程设计很难顺利的完成，在此，我对于在我的设计和制作的过程中给予我帮助的每一个人表示由衷的感谢。
参考文献
[1]李广弟.单片机基础[M],北京:
北京航空航天大学出版社，2007
LiGuangdi.microcontrollerbasedon[M],Beijing:
BeijingAerospaceUniversityPress,2007
[2]李全利.单片机原理及应用[M],北京:
高等教育出版社，2012
Liquani.MicrocontrollerTheoryandApplications[M],Beijing:
HigherEducationPress,2012
[3]张洪润.兰清华，单片机应用技术教程[M]，北京：
清华大学出版社，1997.11.
ZhangHongrun,LanQinghua,MCUapplicationtechnologytutorial[M],Beijing:
TsinghuaUniversityPress,1997.11.
附 录
附录A 电路原理图
附录B电路PCB图
底层PCB
顶层PCB
附录C 元器件布局图
附录D AutoCAD原理图
附录E 元器件清单
元器件名称
规格
数目
备注
AT89S52单片机
40P
1
AT89S52单片机芯片锁紧座
四位一体共阳数码管
2
四位一体共阳数码管插座
74HC573
20P
74HC573芯片插座
晶振
12MHz
发光二极管
9
单排插针
三极管
9012
蜂鸣器
小按键
10
下载口座子
六脚按键电源开关
USB电源线
USB电源线插座
电阻
200
470
8
1K
4
电解电容
22uf
瓷片电容
33pf
排阻
10k
短路冒
杜邦线8P
PCB板子
固定螺钉螺帽
3mm
USB下载线
附录F
********************************************************************
项目名称:
设计者:
郎发琴
设计日期：
2013年12月20日
功能要求：
抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，
进入准备工作状态。
主持人按下开始按钮后，抢答开始并
限定时间30S；
主持人
按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显
示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；
正常抢
答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无
效；
正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮
没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，数
码管显示违规台号，蜂鸣器发出音响；
各台数字显示的消
除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过支持人按
复位按钮。
*********************************************************************
LED数码管显示器设定：
P0.7---P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a
P2.7---P2.0位控线,从左至右（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
违规指示灯使用接在P3.0上的LED灯
答完指示灯使用接在P3.2上的LED灯
独立式键盘设定：
8个按键S2至S9分别依次接在单片机P1.0至P1.7口线上
*********************************************************************数据存储器变量及常量单元定义：
20H.0位单元：
布尔量，S2键键值，S2键按下为1，S2键未按下为0
20H.1位单元：
布尔量，S3键键值，S3键按下为1，S3键未按下为0
20H.2位单元：
布尔量，S4键键值，S4键按下为1，S4键未按下为0
20H.3位单元：
布尔量，S5键键值，S5键按下为1，S5键未按下为0
20H.4位单元：
布尔量，S6键键值，S6键按下为1，S6键未按下为0
20H.5位单元：
布尔量，S7键键值，S7键按下为1，S7键未按下为0
20H.6位单元：
布尔量，S8键键值，S8键按下为1，S8键未按下为0
20H.7位单元：
布尔量，S9键键值，S9键按下为1，S9键未按下为0
20H字节单元：
十六进制，S2键键值01H，S3键键值02H，S4键键值04H,
S5键键值08H，S6键键值10H，S7键键值20H,
S8键键值40H，S9键键值80H
定时器/计数器资源：
定时器0：
TT0工作模式：
方式一;
功能：
延时；
定时时间：
2毫秒；
查询
TT1工作模式：
定时时间：
1秒；
查询
*********************************************************************键功能程序;
S2（S2键键功能程序）1号选手
S3（S3键键功能程序）2号选手
S4（S4键键功能程序）3号选手
S5（S5键键功能程序）4号选手
S6（S6键键功能程序）5号选手
S7（S7键键功能程序）6号选手
S8（S8键键功能程序）复位键
S9（S9键键功能程序）开始键
*********************************************************************中断服务程序;
常数表格:
TAB（共阳数码管字型代码表）
*********************************************************************
子程序:
DISP（数码管显示子程序）
KEY（键扫描子程序）
KCL（P1口数据处理子程序）
***************************************
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